Z源逆变器直流链电压滑模控制研究

提出一种Z源逆变器直流链电压的滑模控制方法。首先指出直通占空比至Z源网络电容电压和直通占空比至直流链电压的传递函数均含有右半平面零点,但基于控制电容电压的间接控制比控制直流链电压峰值的直接控制更为优越;在此基础上,设计了以电感电流误差、电容电压误差和电容电压误差的积分为状态变量的直流链电压滑模控制器,推导了控制律和使系统满足存在条件和稳定条件的滑模系数范围。所设计的滑模控制器比PI控制器具有更快的动态响应,而且工作状态在较大范围变化时可保证系统稳定,鲁棒性强。通过仿真和实验证明了直流链电压滑模控制器的有效性。     

基于电感电流控制的单相Z源逆变器并网实现

常用的Z源逆变器电容电压控制中存在右半平面零点,致使系统阶跃响应出现负调,控制器的设计过程复杂化。针对上述问题,提出一种新的控制策略,通过控制Z源电感电流实现Z网络稳压输出。以单相Z源逆变并网系统为例,首先利用状态空间平均法建立小信号模型,分析得知控制至电感电流的传递函数中不含右半平面零点,因此电流控制器的设计相对简单。然后详细介绍了Z源电感电流控制器和并网电流控制器的设计,并通过Matlab/simulink仿真和RT-LAB实验验证了所提控制策略的有效性,具有一定的实用价值。     

基于内模控制的水轮机调节系统的优化设计

水轮机调节系统是一类典型的非最小相位系统,为抑制其右半复平面零点所造成的负调,提出一种采用极点镜像映射法的IMC-PID控制和模糊逻辑设定值加权的混合策略。采用内模控制极点映射方法设计PID控制器,能够降低不稳定零点带来的负调;引入的模糊逻辑设定值加权系数可以在线修正控制器的比例增益,从结构上有效抑制负调产生。仿真结果表明,该控制器对水轮机调节系统具有良好的控制效果。     

增强型Z源逆变器的直流链电压直接控制策略

增强型Z源逆变器与传统Z源逆变器相比不仅具有很强的升压能力,而且很大程度减小Z源网络电容、开关器件电压应力.但Z源逆变器现有控制策略是通过测量电容电压构建闭环间接控制直流链峰值电压,而Z源网络电容电压并不能准确反映直流链电压的动态特性.为了提高增强型Z源逆变器的直流链电压动态响应速度和控制精度,借助于数学建模,提出一种直流链电压直接控制的闭环控制策略,通过直接测量直流链峰值电压来提高系统的控制精度,采用电感内环、直流链峰值电压外环的双闭环控制提高了系统的动态响应速度,有效地抑制非最小相位特性对系统地影响.仿真和实验结果证明控制器对输入和负载扰动具有很好抑制能力.     

准Z源逆变器的暂态建模与分析

为了研究准Z源逆变器的内在特性及Z源网络不同组件容量对逆变器动态性能的影响, 对准Z源逆变器在电流连续模式下进行暂态建模与分析.采用信号流图的小信号建模方法对该逆变器的DC侧建模,获得控制与输出的传递函数,为准Z源逆变器设计控制策略提供理论依据.发现传递函数存在右半平面零点,说明逆变器具有非最小相位输出的特性.利用控制...     

高频隔离型准Z源逆变器的建模与分析

为了研究高频隔离型准Z源逆变器的内在特性及Z源网络各器件对其动态性能的影响。对高频隔离型准Z源逆变器在电流连续模式下,采用状态空间平均法对该逆变器直流侧建模,再利用小信号扰动获得控制与输出的传递函数,为高频隔离型准Z源逆变器设计控制策略提供理论依据。由于传递函数存在右半平面零点,说明逆变器具有非最小相位输出的特性。利用控制与输出的传递函数研究高频隔离型准Z源无源组件对系统零极点的影响,进而研究对系统动态性能的影响。通过Saber软件进行仿真验证所建立模型的正确性和分析的合理性。     

开关电感型Z源三电平逆变器直流链电压控制研究

开关电感型Z源三电平中点钳位式逆变器在高压大功率场合有着广阔的应用前景,它输出的交流电压质量取决于直流链电压,因此有必要对直流链电压采取闭环控制。利用状态空间法和小信号扰动法推导了直通占空比至Z源网络电容电压的传递函数,其零极点分布表明,该传递函数具有非最小相位特性。设计了以电容电压误差、电容电压误差的积分、电感电流误差为状态变量的滑模控制器,通过控制Z源阻抗网络电容电压间接控制直流链电压,推导出滑模控制率,并设计了满足存在性和稳定性条件的滑模系数。仿真结果表明,设计的滑模控制器使直流链电压具有优良的动静态性能。     

Z源逆变器直流侧电压和MPPT的统一控制策略

为了使光伏并网Z源逆变器直流侧电压保持稳定的同时并且能够获得最大功率点跟踪(MPPT),经研究,文中采用一种模糊PID控制策略,通过快速响应光伏列阵输出功率和输出电压的变化,经模糊控制器进行模糊推理及解模糊化后的输出量乘以比例因子,转换为PID控制器中的比例积分微分系数变化量,最终来实现直流侧稳压和MPPT统一控制。结果表明当外界对直流链电压具有扰动时采用该控制策略能使其较快恢复并且并网电流跟踪情况较好,因此采用模糊PID控制策略能够保证直流侧电压稳定的同时并且实现了最大功率点跟踪。仿真实验验证了该方法的有效性。     

一种适用于小功率可再生能源的单相高频双Buck全桥并网逆变器

提出一种适合小功率可再生能源并网发电应用的单相高频双Buck全桥并网逆变器。基于全碳化硅(Si C)功率器件,逆变器工作频率可达100k Hz,有效减小了电感体积,同时使并网电流纹波降低。进一步分析逆变器的控制策略:采用电压电流双环控制,在电流环利用一种三极点三零点(3P3Z)控制器使得受控并网电流快速跟踪电压环产生的电流给定,并采用一种简单线性化算法快速产生控制占空比信号,实现高频变换;电压环采用双极点双零点(2P2Z)控制器,在产生电流内环给定幅值的同时,控制输入侧直流母线电压稳定在电压给定值,使得逆变器能够向电网传输能量的同时维持母线电压恒定;逆变器采用一种二阶广义积分软件锁相环(SOGISPLL)产生与电网电压相位相同的相位信号。最后,通过实验样机对逆变器理论分析的有效性进行了验证。     

双极点-双零点控制器在Boost电路中的实现

分析了电流连续模式(CCM)下考虑寄生参数的Boost直流变换器的模型,右半平面零点的存在影响系统的稳定性,传统的比例积分微分(PID)控制器对Boost变换器右半平面零点补偿效果不佳,设计了基于数字信号处理器(DSP)的双极点-双零点控制器,对输出电压进行控制,在Simulink下搭建仿真模型进行仿真分析,并制作实验样机验证控制模型及补偿网络参数的合理性。结果表明,CCM下考虑寄生参数的Boost直流变换器采用所提控制器,具有良好的抗电源扰动与抗负载扰动性能,满足稳态误差、超调量、调节时间等设计指标。     

Z-源逆变器直流链升压电路控制器的研究

本文提出了一种PID控制器控制Z-源逆变器Z-源网络电容两端的电压,得到较为恒定的直流链电压。基于Z-源网络小信号模型和直通占空比调制信号传递函数的基础上,得到整个环路的开环增益,设计了PID控制器。该控制器具有抑制诸如电源电压波动、负载电流扰动等的功能。同时,由于增加了微分(D)调节,系统的动态性能和稳定裕度都得到了很大程度的改善;能够克服由于Z-源网络电容和直通占空比之间的非线性关系给系统带来的闭环控制器设计困难、系统的动态性能差等缺点,使控制器参数设计非常准确、简单,动态、静态有了明显的提高。通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

新型Z源光伏并网发电系统

本文提出了一种新型Z源光伏并网发电系统,与传统的Z源光伏并网发电系统相比,具有更高的功率密度,同时光伏电池与逆变桥臂实现了共地,电磁干扰(EMI)也更小。分析了该发电系统的工作原理和调制策略,并提出了一种能够维持直流链峰值电压恒定的并网控制策略,实现了光伏电池的最大功率点跟踪(MPPT)、直流链电压的升压以及网侧电流的单位功率因数运行。仿真和实验结果验证了新型Z源光伏并网发电系统能够适应光伏电池电压的宽范围变化,具有很好的应用前景     

A Simple Control Scheme for the High Performance Z-Source Inverter

In the past decade, the Z-source inverter (ZSI) is successfully developed for many applications. This paper proposes a simple integrated control scheme for the high performance ZSI. A proportional-integral PI controller is used to regulate the voltage of the Z-network capacitor. Moreover, the peak value of the DC-link voltage is controlled by limiting the shoot-through duty ratio. Furthermore, the instantaneous voltage control technique is utilized to retain the sinusoidal shape of the output voltage. A feed-forward signal of the AC voltage is employed to smooth the output voltage. To generate the PWM signals for the ZSI switches, the simple boost control method is utilized which coordinates the operation of different controllers. Extensive digital simulations are conducted to evaluate the dynamic behavior of the proposed control scheme. Moreover, an experimental setup is built to verify the performance of the proposed control scheme for the high performance ZSI.     

Integrated PLC-fuzzy PID Simulink implemented AVR system

Improving the transient response of power generation systems using automation control in a precise manner is the key issue. We design a fuzzy proportional integral derivative (PID) controller using Matlab and programmable logic controllers (PLCs) for a set point voltage control problem in the automatic voltage regulator (AVR) system. The controller objective is to maintain the terminal voltage all the time under any loads and operational conditions by attaining to the desired range via the regulation of the generator exciter voltage. The main voltage control system uses PLCs to implement the AVR action. The proposed fuzzy controller combines the genetic algorithm (GA), radial-basis function network (RBF-NN) identification and fuzzy logic control to determine the optimal PID controller parameters in AVR system. The RBF tuning for various operating conditions is further employed to develop the rule base of the Sugeno fuzzy system. The fuzzy PID controller (GNFPID) is further designed to transfer in PLCs (STEP 75.5) for implementing the AVR system with improved system response. An inherent interaction between two generator terminal voltage control and excitation current is revealed. The GNFPID controller configures the control signal based on interaction and there by reduces the voltage error and the oscillation in the terminal voltage control process. We achieve an excellent voltage control performance by testing the proposed fuzzy PID controller on a practical AVR system in synchronous generator for improve the transient response.     

Z源逆变器交流调速系统前馈控制策略研究

提出了一种适用于Z源逆变器交流调速系统(Adjustable Speed Drives System,简称ASDS)的前馈控制策略,用以抑制由二极管整流所带来的6倍于工频频率的纹波(简称6脉低频周期纹波)对系统的影响.由于Z源逆变器具有独特的升/降压功能,使得能通过调节直通占空比的大小得到恒定的逆变器输入直流链电压.首先,从定性和定量两个方面分析了6脉低频纹波对Z源逆变器ASDS的影响.根据前馈补偿之主动、超前补偿的特点,提出了适用于Z源逆变器ASDS的前馈补偿方法.根据全补偿理论设计了前馈补偿器.最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性.     

具有中点电位平衡的Z源三电平NPC逆变器SPWM模糊控制算法

针对Z源三电平NPC逆变器的中点电位偏移问题,提出了一种具有中点电位平衡的SPWM模糊控制算法。该算法将电容电压的偏差与偏差的变化率作为模糊逻辑控制器的输入,直流参考信号的幅值为模糊逻辑控制器的输出。算法按照中点电位偏移的程度,通过模糊控制规则实时调节逆变器的上、下直通时间从而达到直流侧电容电压中点电位平衡控制,实现在Z源网络升压的情况下,有效地抑制中点电位偏移。同时,该控制算法不会增加额外的开关次数,因此不会增加逆变器的开关损耗。通过MATLAB/Simulink仿真分析,验证了相应抑制中点电位偏移的SPWM模糊控制算法的正确性和可行性。     

改善电动汽车动力性能的双向Z源逆变器控制策略

探讨了一种改善电动汽车动力性能的双向Z源逆变器控制系统,提出了母线电压提升的控制策略。文章定性分析了电动汽车在加速等工况下蓄电池组的电压跌落对驱动性能的影响。采用双向Z源逆变器拓扑,根据异步电机运行特性和车辆的动力性需求升高直流母线电压,针对电压降落较大导致的电机驱动力矩减少和电动汽车高速运行时电机输出功率不够的问题进行解决,改善其动力性能。对纯电动汽车Z源逆变器系统的性能进行了仿真和实验。结果证实了控制策略的可行性和有效性。     

单相全桥谐振直流环节软开关逆变器

为提高逆变器的效率和简化控制方式,提出一种单相全桥谐振直流环节软开关逆变器。通过单独开关控制辅助谐振电路,使直流环节电压在逆变器主开关需切换时下降到零,逆变器的主开关可以实现零电压开关,同时辅助开关也可以实现零电压开关。而且,逆变器直流环节电压不会超过直流源电压。由于谐振过程和零电压持续时间都较短,因而可以减少功率消耗和提高直流电压的利用率。依据不同工作模式下的等效电路,分析其工作原理,结合相平面分析法研究其动力学行为,给出了软开关实现条件和参数设计过程,搭建了实验样机。实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关,可以有效地降低该软开关逆变器的开关损耗和提高其效率。     

基于微分几何的微网Z源逆变器并网控制

针对应用于微网系统中的Z源逆变器及其并网控制研究,以光伏系统为例,根据Z源变换器本身具有的非线性特性,建立Z源逆变器直流链及逆变侧的仿射非线性模型,利用微分几何基本工具,构造恰当的坐标变换和预反馈,将原非线性系统精确线性化,然后对该系统进行线性最优控制器设计。该逆变器集最大功率点跟踪、升降压和并网发电等功能于一体。仿真...